[2022/11/18]高分子自粘膠膜防水卷材耐久性研究
日期：2022-11-18 09:47:12
高分子自粘膠膜防水卷材由高分子片材、熱熔壓敏膠和防粘層組成，具有與結構混凝土滿粘防竄水、一道可達一級防水的優勢，已經成為近10年來建筑和市政地下工程中應用最廣泛的防水材料之一。通過對高分子自粘膠膜防水卷材以及卷材與后澆砂漿塊粘結構件進行人工加速熱老化，并在不同觀測時間點對熱老化樣品進行取樣檢測，從多角度表征樣品的特征性能，分析其性能劣化情況，進而比較不同高分子自粘膠膜防水卷材的耐久性，并對老化評價方法進行討論。
選取的5種國產高分子自粘膠膜防水卷材如表1所示。除表1所示卷材外，本研究對象還包含卷材與后澆砂漿塊粘結構件，砂漿塊的制作選用標準砂和P.O.42.5水泥。
分別對高分子自粘膠膜防水卷材、卷材與后澆砂漿塊粘結構件進行有溫度梯度的熱老化試驗，在不同老化時間設置觀測點，在各觀測時間點取樣檢測，首先表征試件能夠反映老化進程的宏觀性能，即拉伸強度、膜斷裂伸長率、與后澆混凝土剝離強度；進一步地，對試件進行微觀觀察，分析性能劣化的原因。
拉伸性能
拉伸強度和斷裂伸長率是塑料老化最常用的評價項目。本試驗分別對老化前和80 ℃老化第2、4、8、16和32周的各樣品試件進行拉伸性能測試，結果如圖1所示。5種樣品的拉伸強度整體先減?。ㄇ?周）然后增大并逐漸趨于穩定；在5種樣品中，4種樣品的膜斷裂伸長率呈現先減小后增大的趨勢，1種呈現逐步減小的趨勢。故拉伸強度可以作為表征高分子自粘膠膜防水卷材老化程度的指標之一，而膜斷裂伸長率不適合。
分別在60 ℃、70 ℃、80 ℃時對樣品A進行不同溫度的熱老化，在16周老化周期內，整體上樣品A的拉伸強度均減小，且溫度越高減小速率越大。從70 ℃和80 ℃曲線看，拉伸強度先減小，后增大，再減??；而從60 ℃曲線來看，只完成了減小和增大階段。至16周，60 ℃老化后卷材拉伸強度是31.57 MPa，其保持率為90%（初始拉伸強度為36.19 MPa）；70 ℃時卷材拉伸強度為27.44 MPa，其保持率為75%；80 ℃時卷材拉伸強度為26.36 MPa，其保持率為72%。
在不失真的前提下，適當提高熱老化溫度可以加快試驗進程。根據圖1和圖2可知，以拉伸強度降低50%為失效標準（此處參考GB/T 7142—2002《塑料長期熱暴露后時間-溫度極限的測定》和GB/T 17643—2011 《土工合成材料 聚乙烯土工膜》標準），本試驗中樣品均未失效。
02、剝離強度
60 ℃老化后不同卷材與后澆砂漿塊粘結構件的剝離強度變化見圖3?？梢钥闯?，前8周內，不同樣品的剝離強度呈現不同幅度的減小趨勢，但隨著老化周期繼續延長，除樣品B外，其余樣品的剝離強度均增大。
在60 ℃老化時，在試驗周期內，樣品A剝離強度的變化趨勢為先減小后增大；但在50 ℃和40 ℃老化時，樣品A的剝離強度一直保持緩慢增大至趨于穩定，而且40 ℃老化的剝離強度最大。在整個老化過程中，所有試件的粘結情況均未發生明顯劣化。
根據圖3和圖4的結果可知，多數樣品的剝離強度在32周的熱老化過程中總體上呈現增大的趨勢，可以說明多數材料的剝離強度不能完全表征其耐久性。剝離強度的增大可能是熱熔壓敏膠產生自由基后交聯所導致，因此需要增加對熱熔壓敏膠分子量及其分布數據的進一步表征。
03、紅外光譜
圖5是在80 ℃不同老化周期樣品B的紅外光譜，圖6是其在800~1 200 cm-1范圍內的紅外光譜。
從圖5可以看出，在80 ℃下老化至16周，樣品B的高分子片材分子結構無明顯變化，無氧化、支化等反應特征官能團的新吸收峰出現。這說明在該溫度下，高分子片材尚未發生熱氧老化游離基鏈式反應，因此，樣品B的物理力學性能保持良好。
隨著熱老化試驗的繼續進行，80 ℃老化32周的樣品B在1 035 cm-1和1 100 cm-1附近出現了某些醇類旋轉異構體C—OH伸縮振動雙峰（圖6），且雙峰強度相當，說明在此階段樣品B的片材表面發生了氧化。
04、熱重分析
采用熱重分析儀對不同老化周期的高分子自粘膠膜防水卷材試件進行熱穩定性分析，其中樣品A的熱重分析曲線如圖7所示?？梢钥闯?，隨著熱老化周期的延長，樣品A的熱分解溫度逐漸降低，熱穩定性變差。此外，老化前樣品A在420 ℃以后才開始失重，但老化后的樣品A在350 ℃之前便產生了6%~8%的失重，這是由于熱老化過程中產生了一些易熱降解的小分子量產物。
對5種高分子自粘膠膜防水卷材及其復合構件進行人工加速老化，并在不同觀測時間點進行耐久性相關性能檢測，進而研究溫度和老化周期對高分子自粘膠膜防水卷材性能的影響。結果表明，在80 ℃老化條件下，32周的測試周期內，卷材的拉伸性能呈現先減小后增大并趨于穩定的趨勢，老化32周后其拉伸強度保持率仍高于70%；卷材與后澆混凝土的剝離強度在40~60 ℃老化溫度下總體呈緩慢增大趨勢，且40 ℃時增大幅度最大。不同配方和組成的高分子自粘膠膜防水卷材均表現出了良好的耐熱老化性能。
